Analyse de l'interaction biofilm-nanoparticules par des approches microscopiques (fluorescence, MEB, STEM, MET, EDS)

International audienceLes propriétés physico-chimiques et de surface des nanoparticules (NP) font de la nanoremédiation une méthode prometteuse pour le traitement des milieux poreux contaminés par des molécules récalcitrantes (organochlorés…). L'efficacité de cette méthode dépend de la réactivité des NP avec les composés ciblés mais également de leur mobilité dans le milieu poreux. Les NP interagissent avec les différents composants du milieu naturel (e.g., minéraux, matières organiques dissoutes). De par leurs caractéristiques chimiques et physiques (e.g., charges de surface, hydrophobicité), les biofilms présents dans l'environnement peuvent interagir avec les NP et de fait modifier leur mobilité et réactivité (Crampon et al., 2017). Ces interactions restent peu connues, notamment en raison des difficultés d'observations in situ. Dans ce contexte, le travail réalisé dans le cadre du projet Nanorem (EU FP7) a pour objectif de caractériser l'interaction de NP de fer zéro valent (NANOFER 25S) avec un biofilm multi-espèces en combinant différentes approches d'observation microscopique. Pour cela, des biofilms multi-espèces ont été cultivés sur du sable (support) ou dans des tubes en PVC inoculés avec de l'eau provenant de l'aquifère étudié additionné d'une solution nutritive permettant de favoriser la dénitrification. Après croissance, les biofilms ont été mis en contact avec les NP de fer. En fonction de l'approche microscopique visée, les biofilms ont ensuite été (i) échantillonnés sous forme de flocs ou de biofilms fixés au PVC ou à des grains de sable, (ii) soumis à des marquages ciblant les cellules (DAPI) et/ou les exopolysaccharides (EPS) (lectines PNA et ConA couplées au FITC ou à des NP d'or), et (iii) préparés pour l'observation (fixation, coupe, congélation…). Les observations en microscopie à fluorescence ont montré que les NP de fer étaient présentes sous forme d'agrégats de 0.5-5 µm englués dans la structure du biofilm. Les observations MEB montrent également la présence d'agrégats de NP situés à proximité des microorganismes du biofilm, mais il n'est pas possible à ce stade de conclure quant à une interaction potentielle entre les NP et les membranes biologiques. Les analyses en STEM ont mis en évidence que des agrégats de NP (0.5-1 µm) pouvaient pénétrer à l'intérieur de la structure du biofilm sur une distance de 7-11µm. De plus, les observations ont suggéré la présence d'une ceinture d'EPS autour des microorganismes, ce qui empêcherait l'interaction directe entre NP et la membrane cellulaire. Enfin, l'approche MET/EDS a révélé que dans les espaces intercellulaires, les agrégats de NP étaient co-localisés avec le marquage par les lectines, ce qui suggère un rôle potentiel des EPS dans le piégeage des NP